FPGA不擅长做什么？

原创 FPGA技术江湖 2024-09-30 08:08

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今天给大侠带来在FPAG技术交流群里平时讨论的问题答疑合集（二十二），以后还会多推出本系列，话不多说，上货。

FPGA技术交流群目前已有十多个群，QQ和微信均覆盖，人数达数万人，有需要的大侠可以进群，一起交流学习，共同进步。

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交流问题（一）

Q：FPGA不擅长做什么？各位大佬，请问FPGA除了不擅长做浮点运算，其他不适合应用的领域包括什么？

A：FPGA 在以下方面相对不擅长或不太适合：

1. 通用计算密集型任务：对于需要大量复杂计算且对计算精度要求不高的通用任务，如大规模数据处理、一般性的科学计算等，使用通用 CPU 或 GPU 可能更高效，因为它们在软件层面上具有更好的编程便利性和优化工具。

2. 对成本极其敏感的大规模量产产品：如果产品对成本要求非常苛刻，且功能相对固定，使用专用集成电路（ASIC）进行定制化设计可能更经济，因为 ASIC 在大规模生产时单位成本更低。

3. 复杂的操作系统支持：虽然可以在 FPGA 上实现一些简单的实时操作系统，但对于需要完整、复杂操作系统支持的应用，如通用个人电脑和服务器等，传统的 CPU 架构更具优势。

4. 超低功耗的简单应用：在一些对功耗要求极低且功能简单的场景，如小型传感器节点等，使用超低功耗的微控制器可能更合适。

交流问题（二）

Q：为什么嵌入式调试经常用UART，却很少用SPI、I2C或USRT？用UART这种异步通信接口来调试，要指定正确的波特率；用SPI、I2C或USRT等同步通信接口就不需要，为什么很少有用这些同步通信接口来调试和登录Linux？

A：嵌入式调试中经常使用 UART 而较少使用 SPI、I2C 或 USRT 等同步通信接口，主要有以下几个原因：

1. 硬件实现简单：UART 只需要两根线（TX 和 RX）即可实现通信，硬件连接相对简单，成本较低。而 SPI 通常需要至少四根线（CS、CLK、MOSI、MISO），I2C 也需要两根线（SDA 和 SCL）并且需要上拉电阻，硬件实现相对复杂一些。

2. 通用性强：大多数微控制器和处理器都内置了 UART 接口，并且在不同的平台上具有较好的兼容性和可移植性。

3. 无需复杂的时钟同步：UART 是异步通信，不需要严格的时钟同步，对于调试环境来说更加灵活和方便。而 SPI 和 I2C 等同步通信接口需要精确的时钟同步，增加了调试的复杂性。

4. 易于与计算机连接：计算机通常都有现成的串口（通过 USB 转串口等方式）可以与 UART 进行连接，无需特殊的硬件接口或转换芯片。

5. 波特率设置相对灵活：虽然需要指定波特率，但通常有一系列常见的波特率可供选择，并且在一定范围内的误差可以被容忍，不影响数据的传输和理解。

6. 便于观察和分析：通过串口终端软件可以直观地查看发送和接收的数据，方便进行调试信息的输出和监控。

综上所述，UART 在硬件实现、通用性、灵活性和与计算机连接的便利性等方面具有优势，使其成为嵌入式调试中常用的通信接口。

交流问题（三）

Q：USB4 接口与 Thunderbolt 3 有哪些异同点？

A：USB4 接口与 Thunderbolt 3 有哪些异同点，主要从一下几个方面简单阐述，仅供参考：

• 传输速率：USB4 的传输速率最高可达40Gbps，而 Thunderbolt 3的传输速率也为40Gbps，但在实际使用中，USB4的传输速率可能会受到其他因素的影响，例如连接的设备数量、传输的数据类型等，导致其传输速率可能低于 Thunderbolt 3。

• 兼容性：USB4 可以兼容 Thunderbolt 3和其他 USB 协议，而 Thunderbolt 3则只能兼容 Thunderbolt 3和 USB 协议。这意味着 USB4 设备可以与更多的设备进行连接和通信，而 Thunderbolt 3设备则只能与支持 Thunderbolt 3或 USB 协议的设备进行连接。

• 功能：Thunderbolt 3支持菊花链式连接，可以通过一个接口连接多个设备，并且支持更高的功率输出，可以为设备提供更高的充电功率。此外，Thunderbolt 3还支持雷电网络，可以实现高速的数据传输和网络连接。而 USB4 则不支持这些功能。

• 成本：由于 Thunderbolt 3需要使用专用的芯片和技术，因此其成本相对较高。而 USB4 则可以使用现有的 USB-C 芯片和技术，成本相对较低。

总之，USB4 接口和 Thunderbolt 3 接口都是高速数据传输接口，各有优缺点。